基于单片机的智能小区信息采集系统设计

高 博

（天津职业大学 300410）

1 基于单片机的智能小区信息采集系统的产生背景

智能小区是指通过利用计算机技术、现代通信网络技术、自动控制技术、IC卡技术，通过有效的传输网络，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息服务系统、物业管理系统以及家居智能化组成的“三位一体”住宅小区服务和管理集成系统。 随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高，智能小区蓬勃发展，而作为智能小区核心的信息采集系统却面临着很多问题，其中最重要的就是信息共享，目前大多数的信息采集系统中各个子系统还多呈现为相互孤立状态，无法实现信息共享，不能完全体现和达到智能小区的优势和目的。

在这样的背景下，产生了各种不同类型的智能小区信息采集系统。STC89C52RC单片机作为控制芯片的智能小区综合信息采集系统得到了广泛的采用，本文首先介绍了智能小区及其信息采集系统的概念和含义，并在此基础上以呼叫系统为例重点探讨了基于STC89C52RC单片机的智能小区综合信息采集系统的设计思路及其实现途径。该设计采用STC89C52RC单片机作为控制芯片，低功耗芯片nRF905作为无线收发模块。最后给出该系统的相关硬件组成电路和数据传输流程图。经测试，系统运行稳定可靠，通信距离很远，且响应时间短，具有很广泛的应用前景。

2 基于单片机的智能小区信息采集系统设计思路和程序

智能小区信息采集系统的目标是实现智能小区弱电系统统一监控、联动控制、信息共享并力求将全球信息网络的发展融入其中。而基于单片机的信息采集系统能够紧紧围绕此目标进行设计，建立一个BS架构的IBMS系统，实现智能小区弱电系统真正意义的信息采集。 基于单片机的智能小区综合信息采集系统能够提供实现智能小区信息采集系统信息共享的有效方法:建立信息采集系统的数据库平台，并通过此数据库平台实现智能小区弱电子系统的联动控制。基于单片机的信息采集系统能够有效设计并开发信息采集系统IB-MCS，并对对智能小区内弱电系统的信息进行综合有效的管理，以便更好地为小区使用者提供真正舒适、安全、高效、便捷的居住环境。

单片机是一种集成在电路芯片，单片机作为信息处理的完整机器，必须具备多种功能，这些功能是通过不同的功能模块来实现的，如计算和分析功能由中央处理器（CPU）来实现；存储功能由存储器实现，单片机中的存储器按照存储特点可分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种；单片机中还要与外设元件进行信息连接，如打印、扫描、键盘、鼠标等外部设备的连接是通过I/O接口来实现的；此外，单片机还要通过计时器和定时器进行时间设定。单片机的多种功能是通过超大规模集成电路而整合为一个整体的。超大规模集成电路技术是单片机的最重要技术，它够将多种元件集中在微小的硅片上，从而形成一个尺寸很小但功能齐全的计算机系统。

基于单片机的智能小区信息采集系统设计思路和程序如下：

首先，对智能小区信息采集系统进行总体设计，包括系统的网络架构、体系结构及开发平台。将整个系统的软件设计分为三部分：基于CS架构的集成接口程序组IB-MCSDUpdate、中央数据库和基于B/S架构多层体系结构的网络应用程序IBMCSDManager。其中，核心部分是集成接口程序组和中央数据库，这是解决信息采集系统信息共享问题的基础。

其次，建立智能小区信息采集系统数据库平台。详细分析了智能小区各个子系统的集成需求，选取目前通用的集成接口技术解决系统集成的信息采集问题。

第三，运用数据库设计理论和方法对数据库进行了有效的规划、设计和优化，并在此基础上实现了智能小区各个子系统的联动控制。

3 基于单片机的智能小区信息采集系统无线呼叫设计实例

传统的智能小区信息采集系统呼叫系统往往安装麻烦、布线繁琐、成本高等问题，其主要原因在于呼叫器通过并行连接，而主机通过信号线、电源线、地线结合为一根的导线与呼叫器连接，这种有线连接方式给智能小区信息采集系统呼叫系统的安装、布线和维护都带来了不便。针对这些问题，无线呼叫系统逐渐发展起来，越来越多的研究者将目光投向了基于单片机的智能小区信息采集无线呼叫系统。

基于单片机的智能小区信 息采集无线呼叫系统设计方案如下：

3.1 无线呼叫系统的发送和接收模块的设计

低功耗无线呼叫系统的发送和接收模块的框图如图1，图2所示。

图1 系统的无线发送模块

其中图1为无线发送模块，以STC89C52RC为主控制核心，及时响应终端的呼叫信息，然后利用nRF905无线传输模块将呼叫信息发送给无线接收模块进行处理。

图2 系统的无线接收模块

图2 为无线接收模块，以STC89C52RC为主控制核心，利用nRF905无线传输模块接收呼叫信息，然后利用串口转USB线上传给PC，利用上位机软件可以实时监测。

3.2 3.3V供电电源模块

设计可用3．3 V电压供电，故采用ASM1117-3．3电源供电系统，如图3所示。无线发送模块和STC89C52RC单片机皆为低功耗器件。对发送端而言，在对通信距离要求较远时，也可采用5 V供电。接收端可通过与PC连接的USB提供5 V电源。核心部件LM1117-3．3是一个低压差电压调节器系列。压差在1.2 V输出，此时相应的负载电流为800mA。

图3 3.3v供电电源模块

3.3 单片机控制电路

单片机控制电路在数据处理部分采取了STFC89C51RC／RD+系列的STC89C52RC型式。STC89C52RC单片机在结构上与MCS-51系列单片机有相同的特点，中央处理器、ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）、I/O接口、以及位定时器／计数器等功能模块非常类似，但与MCS-51系列单片机相比，有很多优点，一方面电源供给稳定而充足，功耗非常低，在正常工作时功耗仅为5-8 mA，抗干扰能力超强。

3.4 数据传输模块的选择

1996年，挪威Nordic公司开发出了NewMsg_RF905SE单片机模块。随后，NewMsg_RF905SE模块广泛应用于单片机数据传输模块，成为单片机数据传输市场的宠儿。NewMsg_RF905SE单片机模块是由单片射频收发器nRF905芯片开发而成的，其基本工作参数如下：工作频段ISM在435／888／928 MHz之间；工作电压在1.8～3.8 V之间，最大数据速率为100 Kb／s。NewMsg_RF905SE单片机模块的主要结构为：晶体振荡器1个、接收器1个（带解调功能）、功率放大器1个、调节器1个、频率调制器处于芯片内部，完全由电子元件集成。NewMsg_RF905SE模块采取Shock Burst工作模式，其特点是在发射电流为28.8mA，发射功率为+12.5 dBm时，接收电流为14mA。这种模式配置电流消耗很低，并且CRC可以很容易通过SPI接口进行编程，从而能够自动产生前导码。NewMsg_RF905SE数据传输模块采用POWERDOWN省电模式，因此功耗很低，很容易实现节电。但是，NewMsg_RF905SE数据传输模块采取的是nRF905单工工作方式，且在接收模式、待机模式、发送模式之间切换需要延时，这就需要设计者在时序设计上精心考虑。

综上所述，基于单片机的智能小区信息采集呼叫系统运行稳定可靠，并运用无线射频控制技术，通过软件更新可迅速增容，根据企业的规模随时更新软件，保证系统有最优的服务质量。该系统的运用，降低了运行维护费用、节约管理成本，具有较大的经济效益。

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